浅谈电厂建筑节能设计

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　　摘要：本文论述了火力发电厂建筑如何执行有关国家现行的建筑节能法规，同时从总平面、建筑形体设计、墙体材料及节能设计、屋顶节能设计等方面对电厂建筑节能设计作了介绍。
　　关键词：火电厂；建筑设计；节能设计
　　一、国内建筑节能的发展过程和现状
　　我国是一个能源资源总量较丰富的国家，可开采的能源储量居世界第41位，但人均能源资源相对贫乏，人均能源可采储量远低于世界平均水平。而早在20世纪7O年代，建筑节能概念就被正式提出，由于当时经济发展缓慢，经济总量不大，因此能源短缺矛盾不突出。改革开放后，经济有了很大的发展，因此在上个世纪的9O年代后期国家就开始推行节能建筑，第一部建筑节能法律《中华人民共和国节约能源法》1998年一月实施，建设部的《民用建筑节能管理规定》于2000年十月一日起施行。
　　电厂给人们带来了光明和温暖，但它的建设和运行也耗费了大量的资源――大片的土地、大量的投资、煤和水。往往一个电厂的建成，也就形成了一个小城镇，其时间跨度和区域跨度之大直接影响本地区和周围地区今后很长一个时期的发展。因此，有节制地建设、低能耗地建设成为电厂建筑设计的重要课题。
　　二、火力发电厂建筑如何执行建筑节能法规
　　目前国家对于节能方面设计有(公共建筑节能设计标准)、(民用建筑热工设计规范)以及地方的居住建筑节能设计标准。我国幅员辽阔，气候差别非常大，因此在不同的地域建筑节能设计方法和标准均不同。电厂的值班宿舍和招待所可以按照各地的居住建筑节能设计标准进行设计，其维护结构的热工指标相应满足各地标准即可。对于办公楼建筑、职工食堂可以按照国标GB50189-2005(公共建筑节能设计标准)执行，其中3．O．1条对各类房间的室内温度要求都有规定，涵盖了电厂的办公建筑和职工食堂。其维护结构的热工指标按不同区域都有不同规定。对于火力发电厂的生产性建筑，目前国家和行业节能标准没有进行明确规定，笔者与有关从事节能管理和研究的人士进行了一些交流，他们认为对于有空调或采暖设计的一些厂房、设备用房和控制室， 按其设计的房间空调温度要求参照)GB50189―2005(公共建筑节能设计标准)的3．O．1条对应温度要求对比执行。对于温度要求更高的一些房间其热工指标可以依据GB501 76―93《民用建筑热工设计规范》计算围护结构的热工指标。而对于电厂的一些没有空调要求的车间、检修问、库房， 根据不同气侯分区有不同要求， 可以参照国标GB50176-93《民用建筑热工设计规范》确定围护结构的热工指标（根据当地最低室外温度和室内计算温度以满足墙体或屋面保温层内不结露为原则）。对于夏热冬暖地区和没有采暖的厂房建筑，围护结构可以不考虑热工指标(热阻)，只考虑夏季遮阳和通风要求，达到调节室内温度的目的。而对于严寒和寒冷地区以及部分温和地区的采暖建筑应同时满足国标GB50176―93《民用建筑热工设计规范》、GB501 89―2005(公共建筑节能设计标准)确定围护结构的热阻值。
　　三、火力发电厂建筑节能设计
　　1总平面设计
　　在电厂的总平面建筑规划阶段，详细考虑建筑的朝向、间距、体型、体量、绿化配置等因素对节能的影响，改善热环境。在建筑的平面布局方面，朝向的选择很重要：冬季应有适量的阳光射入室内，避免冷风吹袭；夏天则尽量减少太阳直射室内及外墙面，有良好的通风。可见，从节能和热环境考虑，该地区建筑物以南北向或接近南北向为好，避免东西向，若不能都为南北向，主要房间宜设在冬季背风和朝阳的部位，减少围护结构的散热量。同时，注意建筑间距与节能的关系，使建筑南墙的太阳辐射面积在整个采暖季节中不因其它建筑的遮挡而减少。
　　2建筑形体设计
　　在建筑设计中，原则上应减少建筑物外表面积，适当控制建筑体形系数(即建筑外表面给与其所包围的体积之比)，减少建筑面宽，加大进深或增加组合体。建筑外形选用长条型，而体型复杂，凹凸面过多的塔式布置对节能不利。另外，要重视屋檐、挑檐、遮阳板、窗帘、百叶窗等构造措施，对于调节日照节省能源是十分有效的。尤其是玻璃幕墙建筑，必须考虑好良好的遮阳、遮光条件。围护结构采用浅色外表面，可反射夏季太阳辐射热，减少壁面得热。尽可能充分利用自然光；采用高效照明光源及灯具。
　　此外，将功能相近的建筑合理组合也是一种有效的节能手段。通过设计能使建筑之间交通短捷、流畅，方便联系和管理，减少占地面积和相应的室外空间，还因减少了外墙面积，减少了能耗，进而取得节能的效果。
　　随着设备的现代化以及自动控制水平的不断提高，主厂房及控制室的面积和体积都能进一步缩减，电厂的室内外空间都将是高效、紧凑、简洁、便利的实用空间。
　　3墙体材料及节能设计
　　由于经济高速发展，使我国本来就不太富裕的可耕地近年来急剧减少，加上建筑业大量使用粘土砖，使可耕地进一步受到蚕食。问题之严重已引起人们的广泛关注，国家和地方出台了有关的政策，限制使用传统的粘土砖，鼓励生产使用各种轻质墙体。另外，实心粘土砖保温性能差，从节能角度看，显然不是理想的墙体材料。
　　从近期看，建筑外墙可采用低成本轻质复合材料，其外表面考虑防水、隔热、防腐，内表面注意保温、隔声、易清洁，中间可采用中空多孔的防火无毒材料。有资料显示：单层钢窗、铝合金窗传热系数K=6.4，聚苯乙烯节能墙体K=0.73~1.28；由此可见，单层窗传热耗能量为节能墙体的5~8.7倍。因此，在建筑中开设带形窗和玻璃幕墙时应充分考虑其节能措施。在满足照度及通风要求的条件下，减少窗高、窗宽，边框密封。建筑门窗型材逐渐淘汰木材、金属，选用阻燃、无毒的新型无机合成材料。选用安全强化玻璃，涂敷低辐射透过率的涂层，东西向开窗应加设遮阳。
　　从远期看，随着科技的进步，可利用生物学成果，结合电脑、光导纤维等制造出可调控、可代谢的生物材料。这些新型材料可代替无机物用于电厂建筑构件。例如：制造能模仿植物进行光合作用的生物材料用于墙体，直接吸收太阳能，释放等离子化清新空气，辅助电厂建筑室内外的空气循环。还可制造通过光控、温控自动改变电厂建筑色彩、纹理、气味的生物材料，以满足电厂生产的更高层次的需求。
　　在具体设计中，如果不论墙的朝向如何，在各面墙均采用相同的传热系数，则需在每面墙上都增加相同厚度保温层，这样虽然也可以节省能耗，但从经济角度来看，由于各朝向所吸收到的太阳辐射量差别很大，特别是南向墙体冬季得热较多，西向墙体增加保温所得的效益不如北向墙保温效益发挥得充分，而东向墙的保温效益则在南北向墙之间，因此，不如将增加的保温材料集中设置于北墙或东西墙，这样可以减少保温费用，在构造上也容易做得比较简单。外墙保温采用各朝向不均匀分布的原则，且用浅色饰面，这样才能选出最佳方案，获得最佳的节能效果。
　　4屋顶节能设计
　　由于太阳辐射强烈引起顶层房间过热，是一个十分普遍的问题。在设计中可加强隔热层并有架空通风层，还可在空气间层内贴热反射材料。设倒置式屋面并有利于保护防水层使之耐久。
　　材料，以免屋面重量、厚度过大；其二是屋面保温层不宜选用吸水率较大的保温材料，以防屋面湿作业时因保温层大量吸水而降低保温效果，如选用，应设置排气孔以排除保温层内不易排除的水分。高效保温材料已经开始应用于屋面，如用膨胀型泡沫聚苯板，上铺防水层的正铺法为多，也可采用倒铺法，使防水层不直接受日光暴晒，以延缓老化。但聚苯板应采用挤出法生产的闭孔型，不与屋面黏结，上用压块固定。

　　5门窗节能设计
　　建筑门窗和建筑幕墙是建筑围护结构的组成部分，是建筑物热交换、热传导最活跃、最敏感的部位，是墙体失热损失的5~6倍。门窗和幕墙的节能约占建筑节能的40%左右，具有其重要的地位。
　　窗户在建筑中的主要作用是采光、通风，同时也起围护作用，即保温、隔热、隔声、防火及室内外联系等。窗户也是薄壁的轻质构体，是耗热的薄弱环节。普通单层玻璃窗的能量损失约占建筑物冬季保温或夏季降温能耗的50%以上，改善其绝热性能是节能的重点工作之一。区别不同朝向控制窗墙比，尽量避免东西向开大窗，提高窗户的遮阳性能。同时，要根据空调设备的价格和制冷、采暖费用的比较去确定合适的玻璃品种，从各种玻璃的太阳能阻隔特性和导热性两方面去比较其节能效果，选择吸热玻璃、热反射玻璃、低辐射玻璃和中空玻璃等等，并提高其气密水平。此外，窗外加贴透明聚酯膜，也颇有效。近年来涌现的节能门窗的保温性和气密性都较好。但是，加强窗户的气密性以减少窗气渗透耗热量，应保证室内空气质量达到基本的卫生要求。
　　玻璃材料的透光系数、太阳直射透射率、相对得热以及传热系数等指标，对建筑的室内热环境和采暖空调能耗影响很大，因此，在建筑设计上应重视对玻璃材料的认识，了解其技术特性，做到合理设计，减少能耗。
　　目前采用的几种节能玻璃材料主要有镀膜玻璃、中空玻璃和带薄膜型热反射材料玻璃。一般建筑门窗占建筑能耗40%以上，因此如何选用这几种玻璃材料具有重要意义。镀膜玻璃主要有太阳能热反射玻璃、低辐射玻璃和多功能镀膜玻璃等。
　　窗户大小与空调负载关系较大，窗墙比宜适当控制；安排好门窗相对位置及开启方式，组织穿堂风通过；设置可调节的活动遮阳，如窗帘、百叶、热反射帘或自动卷帘等，以便夏季减少太阳辐射得热，冬季又得到日照，特别对西向、南向窗户要更加重视。
　　6自然通风、采光
　　新技术、新设备给人类带来了方便、舒适的生活，也改变了人与自然的关系。人类过分依赖新技术，不但过多地造成浪费和污染，也使人类的体质下降，违背了自然规律，如何使用新兴技术并趋其利而避其害，是一个重要的课题。
　　随着经济条件的改善，电厂建筑使用空调和机械通风也越来越多，改善了工人的生活环境，提高了工作效率。大大小小的控制室自不必说，一些办公、值班，甚至检修间也用上了空调，似乎是一种进步。对此建筑设计在这方面应起一定的导向作用：一方面宣传使用空调的利与弊，建议不用空调或少用空调；另一方面搞好门窗设计以及楼面、屋面通风口设计，控制、组织气流。如在主厂房的设计中，按计算确定汽机房外侧窗的数量和位置，在热源部位(如汽机、除氧器)和死角部位(如汽机房内侧)的楼板上设置通风格栅，在屋顶设置风机。夏季，从低侧窗进风，通过格栅带走热量，由屋顶风机排出。冬季，由屋顶风机进风，将上升的热气流压向楼面、地面，从低侧窗排出。通过精心设计，提高了通风效率和舒适程度，节省了能源。

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